Android进阶解密④—插件化原理

在学习插件化之前需要看前面几篇文章：

动态加载技术：

在程序运行时，动态加载一些程序中原本不存在的可执行文件并运行起来，，随着应用技术的发展，动态加载技术逐渐派生出两个分支，热修复和插件化；

  • 热修复：用于修复bug
  • 插件化：解决应用庞大，功能模块解耦，复用其他apk的代码
插件化思想：

将复用的apk作为插件，插入另一个apk中，比如淘宝中会有咸鱼的页面，用淘宝为咸鱼引流，使用插件化技术，可以直接使用咸鱼apk中的dex文件，这样省去再次开发一套咸鱼页面的成本，并且有效的降低了淘宝apk的耦合度；

Activity插件化原理：

插件化activity的目的是直接使用另一个apk的activity，而activity的启动和生命周期的管理需要经过AMS的处理，另一个apk的activity没有在本项目的manifest注册，肯定是无法通过的，所以我们需要hook startActivity的流程，绕过ams的验证，可以在本项目使用一个占坑activity，在发送给ams前将插件activity换成占坑activity去通过ams的验证，验证好以后在真实的启动时再将插件activity换回来；

步骤：
  • 事先在本项目准备好占坑activity
  • 使用占坑activity绕过ams验证
  • 还原插件activity

1. 准备占坑activity

直接在原项目准备一个空白的activity即可，记得必须在manifest注册,下文叫他SubActivity

2. 使用插件activity替换占坑activity

在交给ams进程验证之前，在用户进程会经过两个类的传递，Instrumentation， iActivityManager，者两个类都可以作为hook点，这里介绍hook iActivityManager的这种方法；

2.1 创建hook点的代理类，iActivityManagerProxy
public class IActivityManagerProxy implements InvocationHandler {

    private Object realActivityManager;

    public IActivityManagerProxy(Object realActivityManager) {
        this.realActivityManager = realActivityManager;
    }
    
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        if ("startActivity".equals(method.getName())){
            //  首先找到，原本需要启动的插件activity的原始intent
            Intent originIntent = null;
            int index = 0;
            for (int i = 0;i<args.length;i++){
                if (args[i] instanceof Intent){
                    originIntent = (Intent) args[i];
                    index = i;
                    break;
                }
            }
            //  新建欺骗ams的占坑activity的intent
            Intent fakeIntent = new Intent();
            fakeIntent.setClass("xxx.xxx.xxx",SubActivity.class);
            //  将真实的intent保存在fakeIntent中用于第三步的还原操作
            fakeIntent.putExtra("real_intent",originIntent);
            //  将fakeIntent写回原来的arges数组中
            args[index] = fakeIntent;
        }
        return method.invoke(realActivityManager,args);
    }
}

这里使用的动态代理创建iActivityManager的代理，首先找到原本启动的插件Activity的Intent，然后新建一个启动SubActivity的intent替换它；

2.2替换原本的iActivityManager：
    public void hookAMS() throws Exception {
        // 获取ActivityManager getService 返回的单例
        Class ActivityManagerClazz = ActivityManager.class;
        Field IActivityManagerSingletonField = ActivityManagerClazz.getDeclaredField("IActivityManagerSingleton");
        Object IActivityManagerSingleton = IActivityManagerSingletonField.get(ActivityManagerClazz);

        //  通过单例.get()获取iActivityManager, 这两步需要参考源码的iActivityManager的获取
        Class singleClazz = IActivityManagerSingleton.getClass();
        Method getMethod = singleClazz.getDeclaredMethod("get");
        Object iActivityManager = getMethod.invoke(IActivityManagerSingleton,null);
        
        // 生成动态代理对象
        Object proxyInstance = Proxy.newProxyInstance(
                ActivityManagerClazz.getClassLoader(),
                ActivityManagerClazz.getInterfaces(),
                new IActivityManagerProxy(iActivityManager));

        // 将代理对象设置到单例上
        Field mInstanceField = singleClazz.getField("mInstance");
        mInstanceField.set(IActivityManagerSingleton,proxyInstance);
    }
  • 这个方法需要在startActivity前调用

3. 还原插件Activity

绕开ams验证后，我们还需要真实的启动TargetActivity，再学习了Handler机制后，我们知道message的处理顺序是首先会判断当前message.callback有没有逻辑，会首先执行callback；我们可以将Message作为Hook点

3.1 创建自定义CallBack，在handleMessage处理前，将fakeIntent换成真实的intent
  class MCallBack implements android.os.Handler.Callback {
        @Override
        public boolean handleMessage(Message msg) {
            try {
                Object activityClientRecord = msg.obj;
                // 获取fakeIntent
                Class acrClazz = activityClientRecord.getClass();
                Field intentField = acrClazz.getDeclaredField("intent");
                Intent intent = (Intent) intentField.get(activityClientRecord);
                // 取出targetActivity的Intent
                Intent realIntent = intent.getParcelableExtra("real_intent");
                // 将realIntent的内容设置到fakeIntent
                intent.setComponent(realIntent.getComponent());
                
            } catch (NoSuchFieldException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (IllegalAccessException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            msg.getTarget().handleMessage(msg);
            return true;
        }
    }
3.2 hook ActivityThread， 修改主线程的H（Handler）的CallBack属性，原理参考dispatchMessage方法 
    private void hookActivityThread() throws Exception {
        Class activityThreadClass = Class.forName("android.app.ActivityThread");
        Field singleInstanceField = activityThreadClass.getDeclaredField("sCurrentActivityThread");
        Object activityThreadInstance = singleInstanceField.get(null);
        
        Field mHField = activityThreadClass.getDeclaredField("mH");
        Handler handler = (Handler) mHField.get(activityThreadInstance);
        
        // 修改handler 的callback
        Class handlerClazz = handler.getClass();
        Field callbackField = handlerClazz.getDeclaredField("mCallback");
        callbackField.set(handler,new MCallBack());
    }

在Handler机制中有两个callback，一个是Handler.mCallback，一个是Message.callback

    public void dispatchMessage(Message msg) {
        if (msg.callback != null) {
            handleCallback(msg);
        } else {
            if (mCallback != null) {
                if (mCallback.handleMessage(msg)) {
                    return;
                }
            }
            handleMessage(msg);
        }
    }

在loop中轮询处理message的时候会调用dispatchMessage；如果Message.callback不会null就处理Runnable的回调然后结束，如果msg.callback为null，则先执行Handler的mCallback，并根据Handler的mCallback.handleMessage的返回值判断是否执行Handler.handleMessage;
根据上面的流程，我们可以在ActivityThread的H处理startActivity这个Message的handleMessage前，在H的Callback中插入修改intent的代码，做到真实的开启TargetActivity

3.3 插件Activity的生命周期管理：

上面的操作只做到了开启activity，插件activity的生命周期是如何管理的，AMS通过token来对activity进行识别管理，而插件activity token的绑定是不受影响的，所以插件activity是具有生命周期的；

Service插件化原理

代理分发实现：

当启动插件Service时，就会先启动代理Service，当代理Service运行后，在其onStartCommand中启动插件Service；

步骤：
  • 项目中准备好代理Service
  • hook iActivityManager 启动代理Service
  • 代理分发：
  1. ProxyService需要长时间对插件Service进行分发，所以需要return START_STICKY ProxyService重新创建
  2. 创建插件Service，attach，onCreate；

1. 在项目中创建一个ProxyService，在manifest中注册；

2. hook iActivityManager，将要启动的TargetService换成ProxyService

2.1 创建自定义iActivityManagerProxy
public class IActivityManagerProxy implements InvocationHandler {

    private Object realActivityManager;

    public IActivityManagerProxy(Object realActivityManager) {
        this.realActivityManager = realActivityManager;
    }
    
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        if ("startService".equals(method.getName())){
            Intent targetIntent = null;
            int index = 0;
            for (int i = 0;i<args.length;i++){
                if (args[i] instanceof Intent){
                    targetIntent = (Intent) args[i];
                    index = i;
                    break;
                }
            }
            Intent proxyIntent = new Intent();
            proxyIntent.setClassName("com.xx.xx","com.xx.xx.ProxyService");
            proxyIntent.putExtra("target_intent",targetIntent);
            args[index] = proxyIntent;
        }
        return method.invoke(realActivityManager,args);
    }
}
2.2 hook AMS替换原来的IActivityManager 同上 
 public void hookAMS() throws Exception {
        // 获取ActivityManager getService 返回的单例
        Class ActivityManagerClazz = ActivityManager.class;
        Field IActivityManagerSingletonField = ActivityManagerClazz.getDeclaredField("IActivityManagerSingleton");
        Object IActivityManagerSingleton = IActivityManagerSingletonField.get(ActivityManagerClazz);

        //  通过单例.get()获取iActivityManager, 这两步需要参考源码的iActivityManager的获取
        Class singleClazz = IActivityManagerSingleton.getClass();
        Method getMethod = singleClazz.getDeclaredMethod("get");
        Object iActivityManager = getMethod.invoke(IActivityManagerSingleton,null);
        
        // 生成动态代理对象
        Object proxyInstance = Proxy.newProxyInstance(
                ActivityManagerClazz.getClassLoader(),
                ActivityManagerClazz.getInterfaces(),
                new IActivityManagerProxy(iActivityManager));

        // 将代理对象设置到单例上
        Field mInstanceField = singleClazz.getField("mInstance");
        mInstanceField.set(IActivityManagerSingleton,proxyInstance);
    }

只要在startService前调用这段代码，就会启动proxyService，下面我们在proxyService中对targetService进行分发；

2.3 在proxyService中启动TargetService：
  • 调用attach绑定Context
  • 调用onCreate
public class ProxyService extends Service {
    @Nullable
    @Override
    public IBinder onBind(Intent intent) {
        return null;
    }


    @Override
    public int onStartCommand(Intent intent, int flags, int startId) {
        try {
            // 准备attach方法的参数
            Class activityThreadClazz = null;
            activityThreadClazz = Class.forName("android.app.ActivityThread");
            Method getApplicationMethod = activityThreadClazz.getDeclaredMethod("getApplicationMethod");
            Field sCurrentActivityThreadField = activityThreadClazz.getDeclaredField("sCurrentActivityThread");
            sCurrentActivityThreadField.setAccessible(true);
            // activityThread
            Object activityThread = sCurrentActivityThreadField.get(null);
            // applicationThread
            Object applicationThread = getApplicationMethod.invoke(activityThread, null);
            Class iInterFaceClazz = Class.forName("android.os.IInterface");
            Method asBinderMethod = iInterFaceClazz.getDeclaredMethod("asBinder");
            asBinderMethod.setAccessible(true);
            // token
            Object token = asBinderMethod.invoke(applicationThread);
            // iActivityManager
            Class ActivityManagerClazz = ActivityManager.class;
            Field IActivityManagerSingletonField = ActivityManagerClazz.getDeclaredField("IActivityManagerSingleton");
            Object IActivityManagerSingleton = IActivityManagerSingletonField.get(ActivityManagerClazz);
            Class singleClazz = IActivityManagerSingleton.getClass();
            Method getMethod = singleClazz.getDeclaredMethod("get");
            Object iActivityManager = getMethod.invoke(IActivityManagerSingleton, null);

            // targetService
            Class serviceClazz = Class.forName("android.app.Service");
            Service targetService = (Service) serviceClazz.newInstance();

            // attach
            Method attachMethod = serviceClazz.getDeclaredMethod("attach");
            attachMethod.invoke(targetService, this,
                    activityThread, intent.getComponent().getClassName(),
                    token, getApplication(), iActivityManager);
            targetService.onCreate();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return START_STICKY;
    }
}
  • 首先准备attach需要的参数，通过反射获取
  • 调用targetService的attach方法
  • 调用targetService的onCreate方法

资源的插件化

参考这边换肤文章：安卓换肤实现原理

某东的插件化实践

1. 插件化做的事情：

插件化的目的就是在主工程使用插件工程的代码/类和资源

1.1插件中四大组件的处理：

当使用插件的四大组件类时，比如插件activity的使用必须做特殊的处理，一般的处理方式有：

  • hook AMS，绕过AMS对四大组件的验证，手动管理生命周期
  • 直接在主工程的manifest注册插件的activity

方式1的特点是实现难度高，灵活性高，但是随着谷歌对于系统非sdk调用的限制，这个方式可能会在未来失效；
方式2的特点是实现简单，但是不够灵活，必须在manifest中写死

某东采用的方式2，直接在manifest中写死插件的四大组件注册

1.2插件中类的加载和使用：

每一个插件都设置一个ClassLoader，目的是整个插件的类都是由一个加载器加载，所有的插件的ClassLoader都在双亲委派中继承了另一个ClassLoader，这个目的是便于主工程的统一管理；


1.3DelegateClassLoader的替换：

替换LoadedAPK的ClassLoader为DelegateClassLoader即可；

1.4插件资源的引用

添加一个path给AssetManager就行，详见上文

2. 插件如何打包进主工程，即主工程如何集成插件包：

  • 将插件apk放入asset目录，通过assetManager去加载
  • 将插件apk文件修改后缀为.so 放入lib/armeabi目录，主工程apk在安装的时候会自动将这个目录的文件加载到data/data/< package_name >/lib/目录下，可以直接获取；

某东使用的第二种以so的形式放入lib目录自动加载，因为在运行时去使用AssetManager加载asset资源会影响程序的运行时速度

3. 插件和主工程如何通信

主要借鉴的airbnb的DeepLinkDispatch

DeepLinkDispatch类似Android原生的scheme协议，用于跳转到另一个APP的页面，比如在美团中打开高德地图，或者在微信中打开京东，

DeepLinkDispatch的实现思路：首先在插件工程中需要被打开的Activity添加注解，然后在主工程调用DeepLinkDispatch.startActivityDirect()传入注解中设置好的参数，最后会通过系统的apiContext.startActivity()开启页面

4. 插件化的未来

随着谷歌对于系统API的限制越来越严格，并且现在已经分成黑名单，深灰名单，浅灰名单留时间开发者调整，插件化应该是没有未来的，我们想想插件化到底是为了什么：

  • 独立编译，提高开发效率
  • 模块解耦，复用代码
东东的解决方案：

组件化：
传统的组件话是新建一个Android Library，在开发调试和实际引用的时候在Application和Library之间切换，东东的组件化是将每一个组件单独做成一个项目，然后在项目结构中保留Application和Android Library，library用于实现组件的功能，app用于开发调试，在主工程使用时直接通过依赖从云端的maven sync；

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